CN105874902B - 一种基于动态仿生原理的深松铲 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态仿生原理的深松铲，包括深松铲安装柄、限位装置、双向扭簧、深松铲柄、深松铲尖和滑轮，深松铲安装柄与深松铲柄通过轴承安装，可实现深松铲柄在土壤底部转动，深松铲柄后端安装滑轮，与限位装置接触，提供前进方向上的支持力，并限制转动角度。轴承外端安装双向扭簧，可实现深松铲的转动复位，实现了动态作业效果。深松铲采用仿生曲线设计优化，保证提高破土性能。设计了动态仿生原理，整体深松铲运动形式与蚯蚓、蝼蛄等动物运动时形态类似，实现了动态仿生运动。
Description
技术领域
本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种基于动态仿生原理的深松铲。
背景技术
深松是保护性耕作技术的关键技术之一，通过深松作业能够疏松土壤，打破犁底层，增强土壤输水能力，深松技术能够使土壤达到“松而不翻”的效果，动土量小。在国内外已经成为一种完善的耕作技术方法。
深松铲是深松机上的关键部件，其工作状态直接影响深松机的作业质量。现有深松铲类型主要为凿形深松铲、箭形（鸭掌）深松铲与双翼深松铲等，由于深松铲直接作业在土壤地表层下，因此作业阻力大，能耗高。现有技术发明可通过对深松铲的表面结构进行设计实现降阻效果（ZL201210243502.8），或通过震动实现增强松碎土壤能力（ZL201210196080.3），或对铲形的结构进行设计优化（ZL201110421500.9、201110105515.4），提高入土能力，增强滑切性能等。
但是，在深松机作业过程中，由于土壤层下结构复杂不易观察，作业过程中，会不可避免的产生横向震动现象，导致作业效果不稳定，在遇到坚硬土层结构或坚硬石块时，由于深松铲与整机相对静止，不能及时避开，对深松铲结构磨损较大，降低了使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于动态仿生原理的深松铲，本发明与传统结构的深松铲相比，其结构紧凑，在深松作业过程中，能够提高破土性能，降低土壤对铲面阻力，降低作业功耗，延长使用寿命。
本发明的动态仿生原理是参照蚯蚓、蝼蛄等土壤环境内的生物运动特性，在对其体表结构特点进行仿生的同时，也对其运动状态进行仿生模拟，即蚯蚓、蝼蛄等生物在土壤内运动时，身体形状、运动位置的变化而钻土破土的整个过程，将其综合运动形式运用在深松铲中，达到动态仿生效果。
本发明是由深松铲安装柄、上垫片、轴承、下垫片、限位装置、双向扭簧、深松铲柄和深松铲尖组成，深松铲安装柄上端设有四个安装孔与深松机横梁固定安装，深松铲安装柄具有两个限位装置安装孔与限位装置通过螺栓螺母固定；
深松铲安装柄下端具有转轴，深松铲柄上端具有轴承，转轴与轴承过盈配合，深松铲柄能绕转轴转动，在深松铲安装柄与深松铲柄之间的轴承外部套有双向扭簧，双向扭簧的上端和下端分别安装有上垫片与下垫片进行固定限位，使深松铲柄在旋转过程中通过双向扭簧的扭力回复原位置，深松铲柄底端安装深松铲尖；深松铲柄后端安装有滑轮，滑轮位于限位装置中，滑轮与限位装置的外侧弧形壁接触，滑轮的底部抵在限位装置外侧弧形壁下缘，限位装置的两侧进行限位，限位装置的限位角为15°~30°，限位装置的上端与下端皆为密封结构，防止土壤进入限位装置内产生拥堵，保证滑轮能在限位装置内部顺利工作，保证了复位运动顺利进行。
所述的深松铲尖具有条形凸起结构，通过模仿蚯蚓、蝼蛄等生物体态结构，增强铲尖破土性能，减小表面土壤附着。
深松铲尖的条形凸起结构为弧形凸起，弧形凸起的高度m=1~2.5mm, 相邻两条弧形凸起的间距n=2~4mm，弧形凸起的宽度d=8~12mm。
在深松铲柄后端安装有滑轮，因深松铲安装柄固定于机具上，深松铲柄可绕轴转动，因深松铲在土壤中工作时阻力较大，使深松铲柄在运动过程中始终受到土壤给深松铲向后的推力，通过安装滑轮结构，在限位装置中既可以限位转动的范围，又可以给予深松铲柄在前后方向上的支持力，保护了轴承、深松铲安装柄底端转轴和深松铲柄，保证了作业效果，延长使用寿命。
滑轮在限位装置内部运动，在左右范围内，通过限位装置的两侧进行限位，其中限位角为15°~30°。滑轮的底部抵在限位装置外侧弧形边缘，为深松铲在前进方向上的运动提供支撑。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、相比传统仿生技术，动态仿生技术具有更高的发展前景。传统仿生技术基于动物表面或微观结构形态，通过模拟进而实现人们所需求功能。在农业机械领域，仿生技术多应用于改变农业机械部件的表面结构，进而实现降阻、脱附、耐磨等功能。而本发明提供动态仿生技术思路，通过模拟蚯蚓、蝼蛄等适合于生活在土壤层下的动物，模拟土下动作状态，在深松铲上加以体现，使深松铲在工作过程中，增强入土性能，且实现动态松土效果，降低了作业能耗。
2、本发明所设计的深松铲，结构紧凑，无需对机架结构进行更改，通过深松铲在土壤层下作业自激运动，且运动幅度可控。
3、本发明的铲尖表面结构，能够增强入土性能，在运动过程中，充分实现滑切入土，降低作业阻力。
4、本发明的深松铲，在遇到坚硬土层或石块时自动实现在一定范围内转动，越过恶劣作业环境后实时复位，避免了对铲体产生冲击而导致的磨损破坏，延长铲体使用寿命。
5、本发明的角度限位装置，在动态仿生作业过程中，可以限制深松铲作业过程中左右运动范围，安装方便。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明的俯视图。
图4是本发明去除限位装置后的立体示意图。
图5是本发明的限位装置立体示意图。
图6是本发明的限位装置俯视图。
图7是本发明的限位装置原理示意图。
图8是本发明的深松铲尖立体示意图。
图9是本发明的深松铲尖俯视图。
图10是本发明的深松铲尖曲线结构示意图。
图中：1-深松铲安装柄；2-上垫片；3-轴承；4-下垫片；5-限位装置；6-双向扭簧；7-深松铲柄；8-深松铲尖；9-滑轮。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明包括深松铲安装柄1、上垫片2、轴承3、下垫片4、限位装置5、双向扭簧6、深松铲柄7、深松铲尖8和滑轮9，深松铲安装柄1上端设有四个安装孔10与深松机横梁固定安装，深松铲安装柄1具有两个限位装置安装孔11与限位装置5通过螺栓螺母固定；
深松铲安装柄1下端具有转轴，深松铲柄7上端具有轴承3，转轴与轴承3过盈配合，深松铲柄7能绕转轴转动，在深松铲安装柄1与深松铲柄7之间的轴承3外部套有双向扭簧6，双向扭簧6的上端和下端分别安装有上垫片2与下垫片4进行固定限位，使深松铲柄7在旋转过程中通过双向扭簧6的扭力回复原位置，深松铲柄7底端安装深松铲尖8；深松铲柄7后端安装有滑轮9，滑轮9位于限位装置5中，滑轮9与限位装置5的外侧弧形壁接触，滑轮9的底部抵在限位装置5外侧弧形壁下缘，限位装置5的两侧进行限位，如图7所示，限位装置5的限位角为15°~30°，限位装置5的上端与下端皆为密封结构，如图1、图5和图6所示，防止土壤进入限位装置5内产生拥堵，保证滑轮9能在限位装置5内部顺利工作，保证了复位运动顺利进行。
如图8、图9所示，所述的深松铲尖8具有条形凸起结构，通过模仿蚯蚓、蝼蛄等生物体态结构，增强铲尖破土性能，减小表面土壤附着。
如图10所示，深松铲尖8的条形凸起结构为弧形凸起，弧形凸起的高度m=1~2.5mm,相邻两条弧形凸起的间距n=2~4mm，弧形凸起的宽度d=8~12mm。
如图4所示。在深松铲柄7后端安装有滑轮9，因深松铲安装柄1固定于机具上，深松铲柄7可绕轴转动，因深松铲在土壤中工作时阻力较大，使深松铲柄7在运动过程中始终受到土壤给深松铲向后的推力，通过安装滑轮9结构，在限位装置5中既可以限位转动的范围，又可以给予深松铲柄7在前后方向上的支持力，保护轴承3、深松铲安装柄1底端转轴和深松铲柄7，保证了作业效果，延长使用寿命。
如图7所示，滑轮9在限位装置5内部运动，在左右范围内，通过限位装置5的两侧进行限位，其中限位角为15°~30°。滑轮9的底部抵在限位装置5外侧弧形边缘，为深松铲在前进方向上的运动提供支撑。
Claims (4)
1.一种基于动态仿生原理的深松铲，其特征在于：包括深松铲安装柄（1）、上垫片（2）、轴承（3）、下垫片（4）、限位装置（5）、双向扭簧（6）、深松铲柄（7）、深松铲尖（8）和滑轮（9），深松铲安装柄（1）上端设有四个安装孔（10）与深松机横梁固定安装，深松铲安装柄（1）具有两个限位装置安装孔（11）与限位装置（5）通过螺栓螺母固定；深松铲安装柄（1）下端具有转轴，深松铲柄（7）上端具有轴承（3），转轴与轴承（3）过盈配合，深松铲柄（7）能绕转轴转动，在深松铲安装柄（1）与深松铲柄（7）之间的轴承（3）外部套有双向扭簧（6），双向扭簧（6）的上端和下端分别安装有上垫片（2）与下垫片（4）进行固定限位，使深松铲柄（7）在旋转过程中通过双向扭簧（6）的扭力回复原位置，深松铲柄（7）底端安装深松铲尖（8）；深松铲柄（7）后端安装有滑轮（9），滑轮（9）位于限位装置（5）中，滑轮（9）与限位装置（5）的外侧弧形壁接触，滑轮（9）的底部抵在限位装置（5）外侧弧形壁下缘，限位装置（5）的两侧进行限位，限位装置（5）的上端与下端皆为密封结构。
2.根据权利要求1所述的一 种基于动态仿生原理的深松铲，其特征在于：所述的限位装置（5）的限位角为15°~30°。
3.根据权利要求1所述的一 种基于动态仿生原理的深松铲，其特征在于：所述的深松铲尖（8）具有条形凸起结构。
4.根据权利要求3所述的一 种基于动态仿生原理的深松铲，其特征在于：所述的条形凸起结构为弧形凸起，弧形凸起的高度m=1~2.5mm, 相邻两条弧形凸起的间距n=2~4mm，弧形凸起的宽度d=8~12mm。
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